Исследование широкозонных полупроводников GaN, AlN и структур на их основе методом комбинационного рассеяния света

• Автор: Смирнов, Александр Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 180 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. Исследование III-нитридов методом КРС (обзор литературы)
1.1. Структурные и механические свойства нитридов (GaN, AIN)
1.2. Спектры КРС первого порядка нитридов Ш-группы
1.2.1. Нитриды кубической модификации
1.2.2. Нитриды гексагональной модификации
1.3. Спектры КРС второго порядка GaN и A1N
1.4. Исследование напряжений в слоях GaN методом КРС
1.5. Определение концентрации и подвижности носителей
заряда методом КРС
1.6. Выводы
Глава 2. Объекты исследования и методы диагностики
2.1. Объекты исследования
2.1.1. Выращивание слоев нит рида алюминия
2.1.2. Выращивание слоев нитрида галлия
2.2. Методика измерения спектров КРС
2.3. Дополнительные методы диагностики материалов
2.4. Выводы
Глава 3. Исследование поведения оптических фононов в
спектрах КРС первого порядка GaN и A1N
3.1. Спектры КРС первого порядка гексагонального GaN и A1N
3.1.1. Нитрид галлия
3.1.2. Нитрид алюминия
3.2. Исследование влияния деформаций в слоях GaN/SiC
на оптические фононы и спектры ФЛ
3.2.1. Влияние деформаций на оптические фононы в слоях GaN/SiC
3.2.2. Влияние деформаций в слоях GaN/SiC на спектры ФЛ
3.3. Рассеяние света плазмон-СО-фононными модами в
гексагональном GaN
3.3.1. Коэффициент Фауста-Генри

3.3.2. Экспериментальное исследование плазмон-СО-фононных
мод в n-GaN
3.3.3. Исследования точечных дефектов в /-облученном n-GaN
3.4. Выводы
Глава 4. Диссперсия фононов и спектры КРС второго порядка в
гексагональном GaN и A1N
4.1. Спектры КРС второго порядка гексагонального GaN и A1N
4.1.1. Правила отбора для спектров КРС второго порядка
4.1.2. Экспериментальные спектры КРС второго порядка GaN и A1N
4.2. Модель динамики решетки
4.3. Анализ полученных результатов
4.4. Выводы
Глава 5. Поверхностные фононные поляритоны в кубическом GaN
5.1. Спектры КРС первого порядка кубического GaN
5.2. Рассеяние света поверхностными поляритонами в кубическом GaN
5.3. Выводы
Заключение
Список цитируемой литературы

Введение
Актуальность темы. Полупроводниковые нитриды GaN и A1N интенсивно исследуются многочисленными исследовательскими группами в связи с перспективностью их применения в раз личных полупроводниковых устройствах. Эти материалы являются прямозонными полупроводниками с сильно различающейся величиной запрещенной зоны (3.4 эВ для GaN и 6.2 эВ для A1N при комнатной температуре), что обуславливает их использование в оптоэлектронных устройствах, излучающих в голубой и ультрафиолетовой частях спектра. Благодаря высокой температурной стабильности и химической стойкости, они могут быть использованы также для создания высокотемпературных и сильноточных полупроводниковых приборов.
На базе GaN к настоящему времени уже созданы светодиоды, а также гетеролазер, излучающие в голубой области спектра. В то же время проблема роста структурносовершенных слоев нитридных соединений еще требует значительных усилий для своего завершения. Разработка и оптимизация технологии тесно связана с исследованием фундаментальных свойств материалов.
Фононный спектр кристалла относится к разряду важнейших фундаментальных физических характеристик, поскольку определяет многие температурные, транспортные, а также оптические свойства с участием фононов. Такие характеристики фононного спектра, как функция плотности фононных состояний (ФПФС) и фононные дисперсионные кривые, отражают специфические особенности кристаллической структуры и межатомных взаимодействий и дают важную информацию о динамике кристаллической решетки. Как правило, экспериментальные сведения о ФПФС и фононных дисперсионных кривых получают из экспериментов по рассеянию нейтронов. Однако в случае GaN и A1N такие эксперименты затруднены из-за отсутствия монокристаллов больших размеров, требуемых для этих экспериментов.
Другим важным источником информации о динамике кристаллической решетки является спектроскопия комбинационного рассеяния света (КРС). Исследования спектров КРС первого и второго порядка позволяют получать информацию как об энергиях фононов в центре зоны Бриллюэна (ЗБ), так и на ее границе. Введение

Рис.2.1. Схема спектроскопической установки для получения спектров КРС: (1) Аг (Кг)-лазер; (2) предмонохроматор; (3) направляющая призма; (4,11) пластинка ЛУ2; (5) микроприставка; (6,8) линза; (7) образец; (9) анализатор Глана; (10) микроскоп; (12) двойной решеточный монохроматор ДФС-24; (13) шаговый двигатель; (14) схема усилителя мощности; (15) компьютер; (16)
фотоэлектронный умножитель ФЭУ-79; (17) компаратор выходного сигнала; (18) аналоговый интенсиметр.